JP2015130634A - 無線通信基地局および無線通信システム - Google Patents

Abstract

【課題】
従来までのハンドオーバ方式では、MSあるいはネットワークがハンドオーバを実行するためのトリガーを満たした後に、ターゲットBSはサービングBSからコンテキストを引き継ぐ処理を開始していたため、ハンドオーバ時の中断時間が長かった。
【解決手段】
複数の移動端末と無線により通信する基地局装置または無線通信システムであって、移動端末との接続処理を行った後に、移動端末からのハンドオーバを実行するためのメッセージおよび他の基地局装置からのコンテキスト送信を要求するメッセージを受信するか否かに関わらず、移動端末のコンテキストを他の基地局装置宛てに送信する基地局装置または無線通信システムを提供する。
【選択図】 図８

Description

本発明は、無線通信技術に関し、特に無線通信基地局および無線通信システムにおけるハンドオーバの技術に関する。

Mobile Station(MS)は、Base Station(BS)のセル半径を超えて通信することができない。そのためMSは、現在通信を行なっているBSのセル半径を超えて通信を行なうために、BSを切り替える必要がある。この切り替えの処理を、ハンドオーバ(HO、Handover)と呼ぶ。現在、通信を行なっているBSをサービングBS、切り替える対象となるBSをターゲットBSと呼ぶ。

ハンドオーバの方式は、Make Before Breakハンドオーバ(MBBハンドオーバ)とBreak Before Makeハンドオーバ(BBMハンドオーバ)の大きく2種類に分けられる。MBBハンドオーバは、MSがサービングBSとのコネクションが切断される前に、MSとターゲットBSの間でコネクションを確立する方式である。それに対して、BBMハンドオーバはMSとターゲットBSの間にコネクションが確立される前に、サービングBSとのコネクションが切断される方式である。

初期の第三世代の通信規格は、音声通信のサポートに重点が置かれていたため、中断時間が発生しないMBBハンドオーバが主流の方式であった。しかし、その後データ通信が占める割合が大幅に増加した。そのため、データ通信を高速化するための技術が積極的に採用されるようになってきた。MBBハンドオーバは、データの中断時間がない利点がある一方で、ハンドオーバ実行前に複数のBSと同時に通信しているが故に、限られた無線リソースを多く使用してしまうというデメリットがある。データ通信の高速化には、無線リソースを有効活用することが求められる。そのため、MBBハンドオーバは相応しくないと考えられるようになってきた。

そこで、第三世代より後の通信規格では、MBBハンドオーバよりもハンドオーバ時に消費するリソースを減らすことができるBBMハンドオーバが採用されるようになってきた。しかし、上述したとおりBBMハンドオーバでは通信の中断時間が発生する。通信の中断時間を削減するために、各通信規格では様々な工夫がされている。

例えば、WiMAXでは、ハンドオーバの実行条件を満たしてから、実際にハンドオーバを実行するまでの間に、ターゲットBSがサービングBSからMSの接続情報(以下、コンテキストと呼ぶ)をバックホール回線を使用して事前に引き継ぐことで、通信の中断時間を減らしている（非特許文献1）。ターゲットBSはコンテキストの情報を用いることで、初回接続の際に実行していたMSとのネゴシエーション(ARQ運用パラメータの設定、QoSクラスの設定)を省略できるため、中断時間を短くすることができる。

WiMAX Forum Network Architecture Detailed Protocols and Procedures Base Specification（WMF-T33-001-R015v01）、2009年11月21日

非特許文献１の技術によって、ハンドオーバを実行する前段階で、MSの接続情報であるコンテキストの引継ぎが成功した場合は、中断時間が短いハンドオーバが実行できる。しかし、コンテキストの引継ぎ処理に至る前に、伝播路の悪化などが原因となり、コンテキストの送信が困難になる場合がある。

その場合、サービングBSがターゲットBSにコンテキストを送信する前に、MSとターゲットBSはハンドオーバの処理を開始する。そのため、ターゲットBSは、ハンドオーバ実行中にサービングBSからコンテキストを取り寄せる処置が必要となる。その処理に時間を有するため、ハンドオーバの中断時間が増加してしまう。その中断する時間が長ければ長いほど、MSが受けるネットワークサービスの品質が悪化する。AeroMACS (Aeronautical Mobile Airport Communication System)のようなミッションクリティカルなシステムにおいては、ハンドオーバによる中断時間は可能な限り抑えるような設計となっている必要がある。なお、AeroMACSは空港面における航空用高速移動通信システムであり、WiMAXをベースの技術として構築される。
本発明は上述した課題の少なくとも一部を解決することを目的とする。

上述した課題の少なくとも一部を解決するために、本発明では、複数の移動端末と無線により通信する基地局装置または無線通信システムであって、移動端末との接続処理を行った後に、移動端末からのハンドオーバを実行するためのメッセージおよび他の基地局装置からのコンテキスト送信を要求するメッセージを受信するか否かに関わらず、移動端末のコンテキストを他の基地局装置宛てに送信する基地局装置または無線通信システムを提供する。

本発明によれば、中断時間が短いハンドオーバを実現することができる。

WiMAXネットワークの構成例を示す図である。 Controlledハンドオーバのスキャニングフェーズの処理内容を示すシーケンス図である。 Controlledハンドオーバのハンドオーバ準備フェーズの処理内容を示すシーケンス図である。 Controlledハンドオーバのハンドオーバ実行フェーズの処理内容を示すシーケンス図である。 UnControlledハンドオーバの処理内容を示すシーケンス図である。 INEプロセスの処理内容を示すフローチャートである。 コンテキスト送信テーブルの例を示す図である。 コンテキストの送信処理を示すシーケンス図である。 ターゲットBSがコンテキストを保有できるか否か判断する処理を示すフローチャートである。 予めMSのコンテキストがターゲットBSへ送信されている場合のハンドオーバの処理を示すシーケンス図である。 コンテキストの例を示す図である。 コンテキストの更新処理を説明するシーケンス図である。 コンテキストの削除処理を説明するシーケンス図である。 BSの構成を示すブロック図である。

以下、本発明の実施形態を、図面を用いて説明する。ただし、本発明の実施形態はあくまでも一実施形態であって、この実施形態に本発明が限定されることはない。

図１は、本実施形態におけるWiMAX（Worldwide Interoperability for Microwave Access）ネットワークの構成例を示す図である。WiMAXネットワークは、ASN（Access Service Network）101と、CSN（Connectivity Service Network）102で構成される。

ASN101は、移動端末であるMS103との無線接続機能、無線リソースの管理などの物理層/MAC層の接続機能を提供する。ASN101を構成する機器は、無線通信基地局であるBS104〜107とASN-GW（Access Service Network Gateway）108である。CSN102は、MS103へのIPアドレスの配布、通信記録の処理などのIP接続機能を提供する。CSN102はこれら機能を提供するAAAサーバ110（以下、AAAと呼ぶ）やDHCPサーバ、HAサーバ109（以下、HAと呼ぶ）などの機器によって構成される。図１ではMS103を１台しか図示していないが、当然複数台のMSが各BSに接続することができる。

WiMAXには、Controlled ハンドオーバとUncontrolled ハンドオーバの2種類のハンドオーバ方式が存在する。ハンドオーバ実行の条件を満たした場合、Controlledハンドオーバが優先して実行される。UnControlledハンドオーバは、Controlledハンドオーバが失敗した場合のリカバリー対策である。両ハンドオーバは、BBMハンドオーバに分類されるため、ハンドオーバを実行する際には、通信が中断する時間が必ず発生する。Controlledハンドオーバは、UnControlledハンドオーバより、通信が中断される時間が短い。

Controlledハンドオーバの処理の流れについて説明する。Controlledハンドオーバは、スキャニングフェーズ、HO準備フェーズ、HO実行フェーズの順に実施される。スキャニングフェーズは、スキャニングを行なうことで、ハンドオーバの実行を判断する段階である。ハンドオーバ準備フェーズは、ハンドオーバ実行時に発生する中断時間を短くするための準備を行なう段階である。ハンドオーバ実行フェーズは、実際にハンドオーバを実施する段階である。

図２は、スキャニングフェーズの処理内容を示すシーケンス図である。MSがBSの信号の強度を測定し、ハンドオーバの対象になり得るBSをモニタリングする操作をスキャニングと呼ぶ。

MS103は、サービングBS104との接続処理が完了した後、DCD（Downlink Channel Descriptor）メッセージ201とMOB_NBR_ADV（Mobile Neighbor Advertisement）メッセージ202を定期的に受け取る。DCDメッセージ201には、スキャニングを開始する契機となるMOB_SCN_REQ（Mobile Scanning interval allocation request）メッセージ203を送信するための閾値、ハンドオーバ準備フェーズを開始する契機となるMOB_MSHO_REQ（Mobile MS Handover request）メッセージ301を送信するための閾値が格納されている。

スキャニングの対象となるBSは、MOB_NBR_ADVメッセージ202に含まれるNeighborリストに格納されている。Neighborリストには、ハンドオーバ先の候補となるBSの情報が格納されている。

BS104のNeighborリストにはBS105が含まれていると仮定する。その場合、MS103は、DCDメッセージ201で指定された条件を満たした場合、MOB_SCN_REQメッセージ203をターゲットBS105に対して送信することで、スキャニングを開始する。MOB_SCN_REQメッセージ203を受けたターゲットBS105はMS103に対して、MOB_SCN_RSP（Mobile Scanning interval allocation response）メッセージ204を送信する。MOB_SCN_REQメッセージ203、MOB_SCN_RSPメッセージ204のやり取りで、スキャニングを実行するためのパラメータを調整したあと、MS103はターゲットBS105の信号の強度（RSSI (Received Signal Strength Indictor)、CINR (Carrier to Interference and Noise Ratio)）を測定する。

図３は、ハンドオーバ準備フェーズの処理内容を説明するシーケンス図である。スキャニングによるBS105の信号の強度の測定結果がDCDメッセージ201にて指定されたMOB_MSHO_REQメッセージを送信する条件を満たすと、MS103はサービングBS104にMOB_MSHO_REQメッセージ301を送信することでハンドオーバ準備フェーズを開始する。

MOB_MSHO_REQメッセージ301を受け取ったサービングBS104は、ターゲットBS105を宛先として、HO_Req（Handover request）メッセージ302を送信することによって、MS103のハンドオーバ要求をターゲットBS105に対して伝える。

HO_Reqメッセージ302を中継するASN-GW108は、MS103の認証に関する情報であるAK（Authorization Key）コンテキストを追加して、HO_Reqメッセージ303をターゲットBS105に対して送信する。ターゲットBS105は、CPUの使用率、最大接続台数などをもとにMS103の受け入れの可否を判断する。その結果をHO_Rsp（Handover response）メッセージ304に格納し、サービングBS104を宛先にして送信する。

ASN-GW108は、HO_Rspメッセージ304を中継し、HO_Rspメッセージ305をサービングBS104へ送信する。HO_Rspメッセージ305を受け取ったサービングBS104は、MOB_BSHO_RSP（Mobile BS Handover response）メッセージ306をMS103に送信する。MS103は、MOB_BSHO_RSPメッセージ306を受け取ることで、MOB_MSHO_REQメッセージ301で指定したターゲットBS105がハンドオーバ実行可能か否かを知る。

サービングBS104は、MOB_BSHO_RSPメッセージ306を送信した後、ターゲットBS105を宛先に、確認応答であるHO_Ackメッセージ307を送信する。ASN-GW108は、HO_Ackメッセージ307を中継し、HO_Ackメッセージ308をターゲットBSへ送信する。

図４は、ハンドオーバ実行フェーズの処理内容を説明するシーケンス図である。MS103は、MOB_BSHO_RSPメッセージ306に含まれる複数のBSの中から、ハンドオーバ候補となるBSを一つ選定する。MS103は、MOB_HO_IND（Mobile HO Indication）メッセージ401をサービングBS104へ送信する。

MOB_HO_INDメッセージ401を受け取ったサービングBS104は、HO_Cnf（Handover Confirmation）メッセージ402をターゲットBS105を宛先にして送信する。HO_Cnfメッセージ402には、MS103の運用パラメータの情報であるMAC(Media Access Control)コンテキストが含まれる。HO_Cnfメッセージ402を送信した後に、サービングBS104はMS103のコンテキストを破棄する。

ASN-GW108は、HO_Cnfメッセージ402を中継し、HO_Cnfメッセージ403をターゲットBS105へ送信する。HO_Cnfメッセージ403を受け取ったターゲットBS105は、サービングBSを宛先として、ASN-GW108へ確認応答メッセージであるHO_Ackメッセージ404を送信する。ASN-GW108は、HO_Ackメッセージ404を中継し、HO_Ackメッセージ405をサービングBS104へ送信する。

次に、ターゲットBS105は、レンジング処理を実行するために、RNG-REQ（Ranging Request）メッセージ406の送信に必要な無線リソース集合をMS103へ割り当てる。その無線リソースを使用して、MS103はターゲットBS105にRNG-REQメッセージ406を送信する。RNG-REQメッセージ406を受け取ったターゲットBS105は、Data Path Reg Proc407にて、MS103とターゲットBS105との間の論理的な通信路を設定する。

その後、ターゲットBS105は、HO Process Optimizationを含むRNG-RSP（Ranging Response）メッセージ408をMS103に対して送信する。HO Process Optimizationは、MS103が初回接続時に行なっていたネゴシエーションを省略するために使用される情報が含まれる。例えば、この情報をもとに初回接続時に行なっていたHARQ(Hybrid ARQ)、ARQ(Automatic Repeat reQuest)、FFT(Fast Fourier Transform)などの運用モードを決定するパラメータの調整を省くことができる。RNG-RSPメッセージ408の内容に基づいて、MS103は送信パラメータを調整し、ターゲットBS105との間でコネクションが確立される。HO Process Optimizationの情報を用いてコネクションを確立する方法を、HO Optimizationリエントリーと呼ぶ。

BS105は、RNG−RSPメッセージ408を送信したことを契機として、ASN-GW108とCMAC Key Count Update Proc409を行いCMAC keyの値を更新する。CMAC Key Count Update Proc409の処理が完了した後に、BS104にハンドオーバ処理の完了を告げることを目的として、BS105はBS104を宛先として、HO_Completeメッセージ410を送信する。ASN-GW108はHO_Completeメッセージ410を中継し、HO_Completeメッセージ411をBS104に対して送信する。HO_Completeメッセージを受け取ったBS104は、BS105を宛先として、HO_Ackメッセージを送信する。ASN-GW108はHO_Ackメッセージ412を中継し、HO_Ackメッセージ413をBS104に対して送信する。以上までがControlled ハンドオーバの実行プロセスとなる。

Controlledハンドオーバにおける通信の中断時間は、「MS103がMOB_HO_INDメッセージ401をサービングBS104へ送信した時点から、MS103がRNG-RSPメッセージ408を受信した時点との間」である。なぜならば、その区間はMS103とサービングBS104とのコネクションが切断され、MS103とターゲットBS105とのコネクションが確立されていないからである。

上述したように、Controlledハンドオーバの場合、サービングBS104は、MS103からハンドオーバ候補となるBSを選定するためのMOB_HO_INDメッセージ401を受信した後に、MACコンテキストをターゲットBS105に送信する。また、ASN-GW108は、サービングBS104からHO_Reqメッセージ302を受信した後に、AKコンテキストをターゲットBS105に送信する（つまり、サービングBS104がMS103からハンドオーバ準備フェーズを開始する契機となるMOB_MSHO_REQメッセージ301を受信した後に、AKコンテキストがターゲットBS105に送信される）。

つまり、Controlledハンドオーバにおいては、ハンドオーバを実行するためのメッセージ（MOB_HO_INDメッセージ401、HO_Reqメッセージ302、MOB_MSHO_REQメッセージ301を含む）をサービングBS104やASN-GW108が受信しない限り、コンテキストがターゲットBS105へ送信されることはない。

次に、UnControlledハンドオーバの処理の流れについて説明する。
図５は、UnControlledハンドオーバの処理内容を説明するシーケンス図である。Controlledハンドオーバ実行中に、伝播路の急激な悪化などにより、MS103がControlledハンドオーバが失敗する可能性が高いと判断した場合、MS103は自発的にターゲットBS105に対して、サービングBS104のIDを含むRNG-REQメッセージ501を送信する。ターゲットBS105がRNG-REQメッセージ501を受信したことを契機に、UnControlledハンドオーバ実行は開始される。

ターゲットBS105が、MS103とHO Optimizationリエントリーを実施するためには、MS103のコンテキストが必要である。UnControlledハンドオーバの場合、RNG-REQメッセージ501を受信したときに、ターゲットBS105はMS103のコンテキストを保有していないため、BS105はバックホール回線を通じてサービングBS04、ASN-GW108から、Context Retrieval Proc（MAC Context）502とContext Retrieval Proc（AK Context）503の処理を通して、MS103のコンテキスト（MACコンテキストおよびAKコンテキスト）を受信する。

Context Retrieval Proc（MAC Context）502とContext Retrieval Proc（AK Context）503の処理が完了した後に行われる、Data Path Registration 504からHO_Ack 510までの処理は、図４で説明したData Path Reg Proc 407からHO_Ack 413までの処理と同様であるため、説明を省略する。以上までがUnControlled ハンドオーバの実行プロセスとなる。

MS103がRNG-RSPメッセージ505を受信するまでの間は、MS103とBS105との間でコネクションが確立されていないため、通信の中断時間が発生する。ハンドオーバ実行中にMS103のコンテキストの引継ぎを行なわなければならないため、Controlledハンドオーバよりも通信の中断時間が長くなる。

上述したように、UnControlledハンドオーバの場合、サービングBS104は、ターゲットBS105から行われるContext Retrieval Proc（MAC Context）502の処理を通してMACコンテキストをターゲットBS105に送信し、ASN-GW108は、サービングBS104から行われるContext Retrieval Proc（AK Context）503の処理を通してAKコンテキストをターゲットBS105に送信する。

つまり、UnControlledハンドオーバにおいては、コンテキストの送信を要求するメッセージ（Context Retrieval Proc（MAC Context）502やContext Retrieval Proc（AK Context）503の処理においてターゲットBSから送信されるメッセージを含む）をサービングBS104やASN-GW108が受信しない限り、コンテキストがターゲットBS105へ送信されることはない。

次に、図７、図８、図９を用いて、Initial Network Entry（INE）プロセス実行後にサービングBS104がコンテキストを送信する処理について説明する。INEプロセスとは、図２においてサービングBS104がDCD201をMS103に送信する前に、MS103とBS104との間で行われる初回接続処理（コネクション確立処理を含む）である。

図６は、INEプロセスの処理内容を示すフローチャートである。
初期レンジングプロセス601は、MS103とBS104との間で、使用する各々送信電力や周波数などを調整する段階である。基本能力ネゴシエーションプロセス602は、MS103とBS104との間で使用するPHY層のパラメータを主に決定する段階である。認証/鍵配信プロセス603では、MS103とAAA110との間で、認証を実施する段階である。運用モードネゴシエーションプロセス604は、UplinkとDownlinkのService Flowを生成するなど、MSの運用モードを決定する段階である。MS103は運用モードネゴシエーションプロセス604時に、AAA110に登録された情報を元にQoS(Quality of Service)クラスが割り当てられる。IP接続設定プロセス605は、インターネットの接続のための処理を行なう段階である。MS103はIP接続設定プロセス605にて、インターネットに接続するために必要なIPアドレスが割り当てられる。

図７は、各BS104〜107が保持するコンテキスト送信テーブル1408の例を示す図である。サービングBS104は、INEプロセスが完了したことを契機に、図７のコンテキスト送信テーブル1408の情報を参照して、対象となるBSにMS103のコンテキストを送信する。

MS103に割り振られるQoSクラスがrtPs（Real-Time Polling Service）であるとする。図７を参照すると、QoSクラスがrtPSである場合は、ASNに含まれる全てのBSに対してMS103のコンテキストを送信するように指定してある。即ちサービングBS104は、BS105、BS106、BS107に対してMS103のコンテキストを送信する。また、QoSクラスに応じてコンテキストには優先度が割り当てられる。優先度は数値で表現され、値が大きいほうが優先度が高い。QoSクラスがrtPSであるため、MS103のコンテキストの優先度は4である。この場合、QoSクラスがErtPSの場合より優先度が高く、UGSの場合より優先度が低い。

図８は、サービングBS104がBS105に対してコンテキストを送信する処理を示すシーケンス図である。INEプロセス801を実施したあと、サービングBS104は図７のテーブルを参照し、MS103に割り当てられたQoSクラスに対応して登録されている「コンテキストを送信する範囲」に基づいてMS103のコンテキストを送付する対象のBSを確認する。図８の例では、BS105を宛先にリソース確保要求メッセージ802を送信する。リソース確保要求メッセージ802には、図７のテーブルにMS103に割り当てられたQoSクラスに対応して登録されているMS103のコンテキストの優先度が情報として含まれる。ASN-GW108は、リソース確保要求メッセージ802を中継し、リソース確保要求メッセージ803をBS105に対して送信する。

ターゲットBSが保存できるデータの容量は限られているため、ターゲットBSに蓄積されるコンテキストの数は有限となる。そのため、BS0105はコンテキストを保有できるか否かを判断する。

図９は、ターゲットBSがコンテキストを保有できるか否か判断する処理を示すフローチャートである。ターゲットBS105は、リソース確保要求メッセージ803を受信すると（ステップ901）、コンテキストを格納する容量があるか否か確認する（ステップ902）。ターゲットBS105の記録部にコンテキストを格納する容量があるならば（ステップ902のYES）、サービングBS104を宛先にリソース確保応答OKメッセージ804を送信することで、リソースが確保できることを通知する（ステップ905）。

コンテキストを格納する容量がない場合は（ステップ902のNO）、ターゲットBS105が既に保持しているコンテキストの優先度とリソース確保要求メッセージ803に含まれるMS103コンテキストの優先度とを比較してリソースが確保できるかどうかを判断する（ステップ903）。

ターゲットBS105が既に保持しているコンテキストのなかで、リソース確保要求メッセージ803に含まれるMS103のコンテキストより優先度が低いものが存在する場合（ステップ903のYES）、MS103のコンテキストより優先度が低いコンテキストを破棄し(ステップ904)、MS103を格納するためのリソースを確保する。リソースの確保ができたことを契機に、ターゲットBS105は、サービングBS104を宛先にリソース確保応答OKメッセージ804を送信することで、MS103のコンテキストを格納するためのリソースが確保できたことを通知する(ステップ905)。

ターゲットBS105が既に保持しているコンテキストのなかで、リソース確保要求メッセージ803に含まれるMS103のコンテキストより優先度が低いものが存在しない場合は（ステップ903のNO）、ターゲットBS105はサービングBS104を宛先にリソース確保応答NOメッセージ804を送信することで、MS103のコンテキストを格納するためのリソースが確保できないことを通知する(ステップ906)。

ASN-GW108は、ターゲットBS105が送信するリソース確保応答OK/NOメッセージ804を中継し、リソース確保応答OK/NOメッセージ805をサービングBS104に送信する。リソース確保応答OKメッセージ805で、コンテキストを送信するリソースの確保を通知されたBS104は、BS105を宛先にコンテキスト送信メッセージ806を送信する。コンテキスト送信メッセージ806には、MS103のMACコンテキストが情報として含まれる。ASN-GW108は、コンテキスト送信メッセージ806にAKコンテキストを加えて、コンテキスト送信メッセージ807をBS05に対して送信する。

つまり、従来は、Controlledハンドオーバにおけるハンドオーバを実行するためのメッセージやUnControlledハンドオーバにおけるコンテキストの送信を要求するメッセージを受信した後に、サービングBS104やASN-GW108がMS103のコンテキストをターゲットBS105に送信していたが、本実施形態では、これらのメッセージを受信するか否かに関わらず、INEプロセスを行った後にMS103のコンテキストがターゲットBS105へ送信される。

次に本実施形態により、ハンドオーバ実行に伴う中断時間が短くなるケースを説明する。
図１０は、図８，９の処理により予めMSのコンテキストがターゲットBSへ送信されている場合のハンドオーバの処理を示すシーケンス図である。Controlledハンドオーバ実行中に、伝播路の急激な悪化などにより、MS103がControlledハンドオーバが失敗する可能性が高いと判断した場合、MS103は自発的にターゲットBS105に対して、サービングBS104のIDを含むRNG-REQメッセージ1001を送信する。ターゲットBS105がRNG-REQメッセージ1001を受信したことを契機に、UnControlledハンドオーバ実行は開始される。

従来までのUnControlledハンドオーバの制御方式であれば、ターゲットBS105はRNG-REQメッセージ1001を受信した時点でMS103のコンテキストを保有していない。そのため、図５で説明したように、BS105はバックホール回線を通じてサービングBS04、ASN-GW108からContext Retrieval Proc（MAC Context）502とContext Retrieval Proc（AK Context）503の処理を通して、MS103のコンテキストを受信しなければならない。

しかし、本実施形態によれば、BS105は、図８，９の処理により、サービングBS104から予めMS103のコンテキストを受信しているため、Context Retrieval Proc（MAC Context）502とContext Retrieval Proc（AK Context）503の処理を実施する必要がなくなる。UnControlledハンドオーバ実行時に行なっていたこれらの処理を省くことができるため、通信の中断時間を減らすことができる。

次にターゲットBSに格納されているMSのコンテキストを更新する処理を説明する。
図１１は、コンテキストの例を示す図である。図１１を使用して、コンテキストの種類について説明する。コンテキストとは、MSとBSの間で通信を行う、もしくはコネクションを確立するために必要となる接続情報のことであるが、コンテキストは、静的なコンテキスト1101と動的なコンテキスト1102の2種類に分けることができる。MSが接続してから切断するまで変化しないコンテキストは、静的なコンテキストと呼ばれる。

例えば、MACアドレスは静的なコンテキストに分類される。MACアドレスはMSが製造時に割り振られる固有の識別子であり、MSが接続してから切断するまで必ず変わらない情報だからである。

MSが接続してから切断するまでの間に、何かしらの処理に応じて変化する可能性があるコンテキストは、動的なコンテキストと呼ばれる。例えば、AK IDは動的なコンテキストに分類される。INEプロセス完了後に定期的に実施される再認証と呼ばれる処理によって、AK IDの値は変更されるからである。

コンテキストの内容に基づいて、ターゲットBSはハンドオーバの処理を実施するため、保有しているMSのコンテキストは常に最新の版である必要がある。そのため、動的なコンテキストの値が更新された場合は、コンテキストを再送し、ターゲットBSが保持しているMSのコンテキストを更新する必要がある。

図８，９で説明したMACコンテキストには、静的なコンテキスト1101と動的なコンテキスト1102が混在する。例えば、MACアドレスは静的なコンテキストであり、Serving BS IDは動的なコンテキストである。双方は伴にMACコンテキストとして、各装置間でやり取りされる。また、図８，９で説明したAKコンテキストは、全て動的なコンテキストで構成される。AK IDやCMAC_Keyなどの認証関連の情報は、ネットワークに接続した後もセキュリティの保持のため動的に変化する。

図１２は、コンテキスト更新処理を説明するシーケンス図である。サービングBS104が保持しているMS103のコンテキストが更新された場合、サービングBS104は、該当MSのQoSクラスを確認し、図７のテーブルの"コンテキストを送信する範囲"で対象となっているBSに対して、コンテキスト更新要求メッセージ1201を送信する。MS103のQoSクラスはrtPSクラスであるため、サービングBS104はASNに含まれる全BSを宛先にコンテキスト更新要求メッセージ1201を送信する。

コンテキスト更新要求メッセージ1201には、MS103の最新のMACコンテキストが含まれる。ASN-GW108はコンテキスト更新要求メッセージ1201にMS103の最新のAKコンテキストを加え、コンテキスト更新要求メッセージ1202をBS105に対して送信する。コンテキスト更新要求メッセージ1202を受信したBS105は、MS103のコンテキストを保有している場合、保持しているMS103のコンテキストをコンテキスト更新要求メッセージ1202に含まれる内容に置き換える。BS105が保有しているMS103のコンテキストの内容が置き換わったことを契機として、更新完了メッセージ1203をサービングBS104を宛先に送信することで、更新が完了したことを通知する。BS105がMS103のコンテキストを保有していない場合、更新が完了しなかったことを更新通知メッセージ1203でサービングBS104を宛先として送信する。

図１３は、ターゲットBSに格納されているコンテキストを削除する処理を説明するシーケンス図である。BSにコンテキストを格納するための容量は限られており、BSはその容量を超えてコンテキストを保持することができない。

限られたBSのリソースを有効活用するために、使用しないコンテキストは削除する必要がある。そのため、MSがネットワークから切断された場合など、コンテキストを保持する必要が無くなったときは、ターゲットBSは該当MSのコンテキストを削除する。

MS103がネットワークから切断されたことを検知したサービングBS104は、BS105を宛先として、MS103のコンテキスト削除要求メッセージ1301を送信する。ASN-GW108は、コンテキスト削除要求メッセージ1301を中継し、コンテキスト削除要求メッセージ1302をBS105に対して送信する。

コンテキスト削除要求メッセージ1302を受信したBS105は、MS103のコンテキストを保有している場合、MS103のコンテキストを破棄する。MS103の破棄が完了したことを契機として、BS105は削除通知メッセージ1303をBS104を宛先に送信することで、MS103の削除が完了したことを通知する。BS105がMS103のコンテキストを保有していない場合、削除が完了しなかったことを削除通知メッセージ1303でサービングBS104を宛先として送信する。

図１４は、BS104〜107の構成を示すブロック図である。BSはMSと通信をするための無線部1401、ASN-GWと通信するためのネットワークインターフェース部1406、無線信号の変調、復調の処理を行なうベースバンド部1404、ネットワークインターフェース部とベースバンド部からの情報を処理する処理部1405、データを記録する記録部1407から構成される。処理部1405は、図６〜図１０で説明した各種処理を実行するための機能部である。無線部1401は無線信号を送信する無線送信部1402、また無線信号を受信する無線受信部1403から構成される。記憶部1407は端末のコンテキストを保存するコンテキスト保存テーブル1409、コンテキストを送信するための情報が格納されているコンテキスト送信テーブル1408（図７）等で構成される。

また、上記の各構成、機能部等は、それらの一部又は全部を、例えば集積回路で設計する等によりハードウェアで実現してもよい。また、上記の各構成、機能部等は、プロセッサがそれぞれの機能を実現するプログラムを解釈し、実行することによりソフトウェアで実現してもよい。各機能を実現するプログラム、テーブル、ファイル等の情報は、メモリや、ハードディスク、ＳＳＤ（Ｓｏｌｉｄ Ｓｔａｔｅ Ｄｒｉｖｅ）等の記録装置、または、ＩＣカード、ＳＤカード、ＤＶＤ等の記録媒体に置くことができる。

これまで説明してきたように、従来までのハンドオーバ方式では、MSあるいはネットワークがハンドオーバを実行するためのトリガーを満たした後に、ターゲットBSはサービングBSからコンテキストを引き継ぐ処理を開始していた。

本実施形態では、ハンドオーバを実行するトリガーを満たす前に、サービングBSがMSのコンテキストをバックホール回線を通して、ターゲットBSとなる候補にコンテキストを送信する。そうすることで、例えばBS間のコンテキスト引継ぎの契機となるメッセージの送信にMSが失敗した場合でも、ターゲットBSがコンテキストを保有しているため、中断時間の短いハンドオーバを実行することができる。

またターゲットBSの容量は有限で、保有できるコンテキストの数には限界がある。そのため、コンテキストの送信の有無/範囲は、初回接続時に得られるMSのQoSクラスの情報に基づいて決定する。従来までの無線通信規格では、QoSクラス毎にハンドオーバ制御方式を切り分けていなかった。しかし、コンテキスト送信の有無/範囲の判断に、QoSクラスを指標として用いることで、QoSクラスの特性に応じたハンドオーバ制御が実現できる。

このように、本実施形態によれば、BS間のコンテキスト引継ぎの契機となるメッセージの送信にMSが失敗した場合でも、サービングBSにコンテキストを引き継ぐ処理が必要ないため、中断時間が短いハンドオーバを実行できる。また、コンテキスト送信の条件にQoSクラスを考慮することで、QoSクラスに要求される品質に応じたハンドオーバー制御が実現できる。

なお、上述した実施形態では、想定される無線通信ネットワークとして、WiMAXを選択したが、本発明の適用範囲はWiMAXのみに限られるものではない。例えば、ＬＴＥ（Long Term Evolution）、ＵＭＢ（Ultra Mobile Broadband）など、現在実用されている無線通信ネットワーク及び将来的な実用が見込まれる無線通信ネットワークなど、あらゆる無線通信ネットワークに対応することが可能となる。

１０１：ASN、１０２：CSN、１０３：MS、１０４〜１０７：BS、１０８：ASN-GW、１０９：HA、１１０：AAA、１４０１：無線部、１４０２：無線送信部、１４０３：無線受信部、１４０４：ベースバンド部、１４０５：処理部、１４０６：ネットワークインターフェース部、１４０７：記録部、１４０８：コンテキスト送信テーブル、１４０９：コンテキスト保存テーブル

Claims (15)

1. 複数の移動端末と無線により通信する基地局装置であって、
   前記移動端末と通信するための無線通信部と、
   他の基地局装置と通信するための有線通信部と、
   前記移動端末のコンテキストを保持する第１記憶部と、
   前記移動端末との接続処理を行った後に、前記移動端末からのハンドオーバを実行するためのメッセージおよび前記他の基地局装置からのコンテキスト送信を要求するメッセージを受信するか否かに関わらず、前記第１記憶部が保持する前記移動端末のコンテキストを含む第１メッセージを前記有線通信部を介して前記他の基地局装置宛てに送信する処理部と、を備えることを特徴とする基地局装置。
2. 請求項１に記載の基地局装置であって、
   前記移動端末のQoSクラスとコンテキスト送信範囲とを対応付けて保持する第２記憶部を備え、
   前記処理部は、前記移動端末のQoSクラスに対応するコンテキスト送信範囲に含まれる前記他の基地局装置宛てに前記第１メッセージを送信することを特徴とする基地局装置。
3. 請求項２に記載の基地局装置であって、
   前記処理部は、前記有線通信部を介して、前記他の基地局装置に前記移動端末のコンテキストを保持するためのリソース確保を要求するための第２メッセージを送信し、前記他の基地局装置からリソース確保OKを示す応答メッセージを受信した場合に、前記第１メッセージを送信することを特徴とする基地局装置。
4. 請求項３に記載の基地局装置であって、
   前記第２記憶部は、前記移動端末のQoSクラスとコンテキスト送信範囲とに加えてさらにコンテキストの優先度を対応付けて保持し、
   前記処理部は、前記移動端末のQoSクラスに対応する前記コンテキストの優先度を含む前記第２メッセージを送信することを特徴とする基地局装置。
5. 請求項１から請求項４のいずれかに記載の基地局装置であって、
   前記処理部は、前記他の基地局装置から移動端末のコンテキストを保持するためのリソース確保を要求するためのメッセージであり前記コンテキストの優先度を含む前記メッセージを受信し、前記第１記憶部に前記コンテキストを格納する容量がある場合に、リソース確保OKを示す第３メッセージを前記他の基地局装置宛てに送信することを特徴とする基地局装置。
6. 請求項５に記載の基地局装置であって、
   前記処理部は、前記コンテキストを格納する容量がない場合、前記第１記憶部に格納されているコンテキストの中から、前記メッセージに含まれるコンテキストの優先度よりも低い優先度のコンテキストを削除してから前記第３メッセージを送信することを特徴とする基地局装置。
7. 請求項１から請求項６のいずれかに記載の基地局装置であって、
   前記処理部は、第１記憶部が保持するコンテキストが更新された場合に、更新された前記コンテキストを含む第４メッセージを前記他の基地局装置宛てに送信することを特徴とする基地局装置。
8. 請求項１から請求項７のいずれかに記載の基地局装置であって、
   前記処理部は、前記移動端末との接続が切断された場合に、前記移動端末のコンテキストの削除を要求する第５メッセージを前記他の基地局装置宛てに送信することを特徴とする基地局装置。
9. 複数の移動端末と無線により通信する第１基地局装置および第２基地局装置と、前記第１および第２基地局装置間の通信を中継するゲートウェイ装置とを含む無線通信システムであって、
   前記第１基地局装置は、前記移動端末との接続処理を行った後に、前記移動端末からのハンドオーバを実行するためのメッセージおよび前記第２基地局装置からのコンテキスト送信を要求するメッセージを受信するか否かに関わらず、前記移動端末の第１コンテキストを含む第１メッセージを前記第２基地局装置宛てに送信し、
   前記ゲートウェイ装置は、前記第２基地局装置宛てに送信された前記第１メッセージを中継して第２メッセージとして前記第２基地局装置へ送信することを特徴とする無線通信システム。
10. 請求項９に記載の無線通信システムであって、 前記ゲートウェイ装置は、前記第１メッセージに前記移動端末の第２コンテキストを付加し、前記第２メッセージとして前記第２基地局装置へ送信することを特徴とする無線通信システム。
11. 請求項１０に記載の無線通信システムであって、
    前記第１コンテキストはMACコンテキストを含み、前記第２コンテキストはAKコンテキストを含むことを特徴とする無線通信システム。
12. 請求項９から請求項１１のいずれかに記載の無線通信システムであって、
    前記第１基地局装置は、前記移動端末のQoSクラスとコンテキスト送信範囲とを対応付けて保持し、前記移動端末のQoSクラスに対応するコンテキスト送信範囲に含まれる前記第２基地局装置宛てに前記第１メッセージを送信することを特徴とする無線通信システム。
13. 請求項１２に記載の無線通信システムであって、
    前記第１基地局装置は、前記第２基地局装置宛てに前記移動端末のコンテキストを保持するためのリソース確保を要求するための第３メッセージを送信し、前記第２基地局装置からリソース確保OKを示す応答メッセージを受信した場合に、前記第１メッセージを送信することを特徴とする無線通信システム。
14. 請求項１３に記載の無線通信システムであって、
    前記第１基地局装置は、前記移動端末のQoSクラスとコンテキスト送信範囲とに加えてさらにコンテキストの優先度を対応付けて保持し、前記移動端末のQoSクラスに対応する前記コンテキストの優先度を含む前記第３メッセージを送信することを特徴とする無線通信システム。
15. 請求項１４に記載の無線通信システムであって、
    前記第２基地局装置は、前記第１基地局装置から前記第３メッセージを受信し、前記コンテキストを格納するリソースがない場合、自身が保持しているコンテキストの中から、前記第３メッセージに含まれるコンテキストの優先度よりも低い優先度のコンテキストを削除してから前記リソース確保OKを示す応答メッセージを送信することを特徴とする無線通信システム。

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